地铁车站深基坑工程中的新技术应用

李 星

上海广大基础工程有限公司 上海 201114

1 工程概况

1.1 基本情况

上海轨道交通14号线云山路站呈南北向布置，为地下3层岛式标准车站。车站共设4个出入口、1个换乘通道及2组风井。基坑面积4 842 m2，基坑围护周长448 m；车站主体分为A区南端头井和B区北端头井及标准段，南端头井挖深26.48 m，北端头井挖深26.89 m，标准段挖深25 m。

1.2 周边环境

车站周边环境较为复杂：东南侧为已建轨交6号线云山路站及其出入口，南侧张杨路道路下方为共同沟和轨交6号线双圆盾构区间，东侧为居住小区，西侧有花鸟市场3层建筑及朱塘浜（图1）。其中轨交6号线云山路站距离轨交14号线云山路站基坑39.70 m，双圆盾构区间距离基坑30.60 m；共同沟距离车站南端头井最近8 m，埋深约6.25 m。居住小区及花鸟市场距离基坑最近为5.60 m。云山路及张杨路地下管线众多，沿道路分布有电力、燃气、上水、路灯、污水、雨水、电话、信息等市政管线需要翻交及监测保护。

1.3 地质情况

本场地自地表至深85 m范围内所揭露的土层均为第四纪松散沉积物，所见土层自上而下依次为①层填土、③1层灰色淤泥质土、④层灰色淤泥质土、⑤1层灰色黏土、⑥层暗绿-草黄色粉质黏土、⑦1-1层草黄色黏质粉土夹粉质黏土、⑦1-2层草黄色砂质粉土、⑦2层灰黄-灰色粉砂、⑨层灰色粉砂。

图1 车站周边建筑物平面示意

对工程有影响的地下水主要为浅层的潜水；场地内有一条明浜朱塘浜，地表水与地下水可能有一定的水力联系。承压水主要为深部第⑦承压含水层。

轨交14号线车站主体基坑坑底基本位于⑥层粉质黏土，围护墙墙趾位于⑦2层粉砂。

2 围护设计

基坑采用厚1 000 mm/1 200 mm的地下连续墙作为围护结构，并作为使用阶段侧墙的一部分承受侧向荷载，与内衬墙按照叠合墙设计，结构安全等级为一级。其中，A区南端头井地下连续墙厚1 200 mm，深48 m；在地下连续墙外侧设置1道封闭的TRD工法隔水帷幕，厚700 mm、深60 m，总延长155 m，桩身28 d无侧限抗压强度不小于1.0 MPa。

考虑对南侧共同沟及轨交6号线车站、双圆盾构区间的保护，在南端头井外侧与共同沟之间设置1排MJS工法隔离桩，桩身28 d无侧限抗压强度不小于1.25 MPa；同时沿基坑深度方向设置8道支撑，第1、5道为混凝土支撑，第2～4道和第8道为φ609 mm钢支撑，第6、7道为φ800 mm钢支撑，其中南北方向的支撑采用新型轴力伺服系统，避免钢支撑轴力发生损失，控制围护结构墙体侧向变形（图2）。

图2 南端头井基坑支护结构示意

3 技术简介

3.1 TRD工法

TRD工法（锯链式等厚度水泥土搅拌墙技术）[1]是一种新型水泥土搅拌墙施工工艺，广泛应用于超深隔水帷幕、型钢水泥土搅拌墙、地下连续墙槽壁加固等领域。

3.2 MJS工法

MJS工法（全方位超高压喷射注浆技术）[2]可实现孔内强制排浆和地内压力监测，能有效控制地表变形，减小对周边环境的影响，适用于周边环境复杂、保护要求高的地基加固工程及基坑工程隔水帷幕、隔离桩墙等。

3.3 新型轴力伺服系统

该技术将深基坑钢支撑的轴力由被动受压和松弛的变形转变为主动加压调控变形，根据紧邻深基坑保护对象的变形控制要求，主动进行基坑围护结构的变形调控，以满足紧邻深基坑保护对象的安全使用[3]。

4 实施情况

4.1 MJS工法

MJS工法隔离桩深27.3 m、φ2 200 mm、桩中心间距1 300 mm、呈半圆180°背向共同沟布置，共28根（编号M1～M28）。邻近MJS工法桩周边主要压力管线为燃气管（编号RQ、管径250 mm）和上水管（编号SS、管径700 mm），其中燃气管距离MJS工法桩最近位置为2.5 m，上水管距离MJS工法桩最近位置为8 m。

施工中采取了一定的改进措施，以减小MJS施工对外侧管线、共同沟的影响。

4.1.1  对排泥阀门进行细微改进

由于MJS成桩深度范围内地层以黏性土为主，且桩底位于⑥暗绿-草黄色粉质黏土中（黏聚力C值达40 kPa），在黏性土层内施工，MJS排泥阀门容易被黏土块、夹水泥的硬土块等糊住、卡住，造成排泥不畅、地内压力增大等现象。通过对排泥口进行细微改进，适当加大排泥阀门内径，并且当地内压力增大时辅以钻杆上下提升、动力头旋转等方式，可有效地减少排泥阀门堵塞现象，促进泥浆抽排。

4.1.2  加大MJS间隔跳桩距离

结合现场施工条件，将MJS间隔跳桩距离由2根桩加大至5根桩，一定程度上减小了MJS施工对外侧管线、共同沟产生的应力集中（图3）。

图3 MJS间隔跳桩示意

4.2 TRD工法

TRD工法技术自2009年从日本引进以来，已成功应用于国内上百项基坑工程中，本次地铁车站深基坑工程为首次采用TRD工法作为超深隔水帷幕的项目，深度达60 m。施工中对于TRD槽壁的稳定控制、切割箱垂直度及墙体搭接等控制要求非常高。

施工中采用了三步施工法（即先行挖掘、回撤挖掘、成墙搅拌），平均工效达6～8 m/d（图4）。在先行挖掘及切割箱临时停放区，采用钠基膨润土，掺量为100 kg/m3，水灰比5～20，可对槽段起到稳定、护壁作用；水泥浆液采用42.5级普通硅酸盐水泥，掺量450 kg/m3，水泥浆液水灰比1.0～1.2。

图4 TRD三步施工法示意

4.3 新型轴力伺服系统

支撑轴力伺服技术是一种主动控制技术，自2006年首次在大上海会德丰广场项目中应用以来，至今已经历了集中泵站供油控制、有线连接分布式泵站与无线传输分布式泵站3个发展历程。

本项目南端头井南北向指向共同沟及轨交6号线车站、区间盾构的第2、3、4、6、7、8道钢支撑采用的是无线传输分布式泵站新型轴力伺服系统，每道支撑3套，共18套。

5 应用效果

5.1 强度检测

在TRD隔水帷幕与MJS隔离桩实施完成后，分别进行了4根TRD、3根MJS现场钻芯取样无侧限抗压强度试验，TRD强度平均值1.04～1.05 MPa，MJS强度平均值1.29～1.31 MPa，均满足设计要求。

5.2 管线监测

车站施工期间对周边地下管线进行了改排并布置了监测点[4-6]，所有测点均进行竖向位移观测（图5）。其中，上水管线布设23个变形监测点，编号为SS1～SS23，测点间距约为20 m；燃气管线布设24个变形监测点，编号为RQ1～RQ24，测点间距约为20 m。

图5 坑外管线部分监测点布置

管线位移变化速率报警值为2 mm/d，管线位移累计报警值为10 mm。

邻近南端头井外侧的燃气管（编号RQ19～RQ21）日变化量在－2～4 mm之间，最大上抬量3.28 mm；上水管（编号SS18～SS20）日变化量在－2～2 mm之间，最大上抬量1.98 mm。

5.3 降水试验

在南端头井坑外四周布置了7口承压水回灌、观测井，编号为H1～H7，深度48 m。在南端头井内侧分别布置了3口深48 m的减压降水井，编号为WA1～WA3；4口疏干井，编号SA1～SA4，深27 m。为检验TRD工法隔水帷幕的隔水效果，在基坑开挖前进行了2次抽水试验，坑外H1～H7水位降差0.31～1.22 m。

5.4 变形控制

南端头井各道支撑规格、轴力值及分步开挖预警值如表1所示。

其中安装了轴力伺服系统的钢支撑对应测斜孔号为P18、P19和P22，自第1道混凝土支撑开始施工至土方开挖至坑底、底板浇筑完成阶段，测斜数据显示变形控制基本达到设计要求（表2）。

表1 南端头井各道支撑

表2 各测斜孔最大水平位移

6 结语

在上海地区轨交车站深基坑工程中首次采用TRD工法锯链式等厚度水泥土搅拌墙新技术，同时为了保护周边已建成的轨交6号线云山路站、双圆盾构区间和共同沟，又采用MJS全方位高压喷射工法以及新型轴力伺服系统，控制了从围护施工到基坑开挖全过程中坑外土体产生的变形，有效地保护了周边环境和基坑施工安全，起到了示范作用。通过加固体强度检测、管线监测、降水试验及变形监测等数据验证，TRD、MJS及新型钢支撑轴力伺服系统等基坑支护新技术的成功应用能够解决当下超大、超深基坑施工中面临的深层承压水隔断及环境保护的难题，为同类基坑施工提供了参考。